[实用新型]一种流-固耦合测试的渗水采集试验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模型试验系统，尤其是一种用于可视化地下工程模型试验的流-固耦合测试的渗水采集试验系统。

背景技术

随着我国社会经济的发展和交通事业的腾飞，基础设施建设和空间的开发利用逐步向地下拓展。随着地下工程建设数量的不断增加，规模不断增大，范围不断拓展，工程建设的难度也不断增加。对于地下工程，一个突出的特点就是建筑物长期处于岩（土）体、地下水和气体的多项介质耦合作用下，对地下工程流-固耦合作用机理的研究已经成为热点，科学工作者通过各种研究手段对地下工程流-固耦合规律进行探索，其中，通过地下工程模型试验对地下工程进行可视化的仿真模拟，是一种行之有效的方法。

模型试验是根据相似理论，将实际工程转换为室内模型进行试验模拟的。这要求模型试验中能够模拟实际工程中急需解决的关键问题，并且得到明显的研究规律来指导施工。但传统的地下工程模型试验技术存在明显的弱点，模型试验系统的可视性差，难以在试验工程中直观观测试验过程；对真实条件下的流-固耦合试验技术研究很少，多通过将水头作用转化为外加荷载进行研究，这样难以通过试验研究流体与固体的相互作用机理；缺乏对材料渗透速率和渗水量的精确测试方法，对流-固耦合试验中关键指标——渗透性的测试手段落后。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有模型试验流-固耦合模拟技术的不足，提供一种透明可视，使用方便，可用于地下工程模型试验的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，有利于提高试验过程的可视化，加强试验过程的精确性；对模型试验系统进行密封设计，实现了相似材料上面直接覆盖水体并施加水压，真实模拟流体与固体的耦合作用；设计了精确的渗水采集装置，有利于提高对材料渗透速率和渗水量测试的准确性。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种流-固耦合测试的渗水采集试验系统，包括透明、防水密封的试验箱，试验箱可以运用拼接胶合技术；试验箱内部包括自上而下依次排列的水箱区、材料区和水量采集区，水箱区与材料区连通，设置不同高度的上覆静态水体，材料区内填筑相似材料，材料区与水量采集区间设置有透水隔板，水箱区与水压控制装置连接。

所述试验箱由底板、若干侧壁、顶板围成。

所述试验箱采用拼接胶合技术，侧壁之间采用防水玻璃胶粘接，侧壁与底板通过侧壁上设置的凹槽拼接，并通过玻璃胶加固，顶板上设有凹槽，与侧壁拼接，增强结构稳定性。

所述水量采集区侧壁上设有刻度标尺。

所述顶板上设有水压控制装置。

所述模型试验箱，采用有机玻璃材料制成，厚度为20mm，强度和刚度较大，透明可视。

本实用新型试验箱的防水密封设计，侧壁与底板间有流-固耦合相似材料和高强防水密封胶双重防水措施，顶板的凹槽内设有密封垫，通过螺丝拧紧压实密封，实现了可反复拆装的柔性防水设计。

所述材料区与水量采集区间的透水隔板，采用带有间距为50mm渗水孔的有机玻璃板，渗水孔直径为3mm，有机玻璃板厚10mm，保证水能及时通过渗水孔，且使相似材料颗粒较少通过渗水孔。

所述透水隔板通过支撑固定在试验箱内。

所述支撑采用间距80mm的Φ10不锈钢管，不锈钢管与渗水孔排列方向垂直。

所述水压控制装置，包括控制开关、流量计、流速计、加压泵，控制开关、流量计、流速计、加压泵藉由水管依次连接，在水箱高度不能满足水压要求时，施加额外的水压。

本实用新型首先进行试验箱侧壁与底板的拼装和胶结密封，并安装材料区与水量采集区间透水隔板和支撑。在透水隔板上方铺设3～5cm的粗粒石子，根据测试要求，在材料区铺设试验相似材料，可以铺设拟测试渗透性的新型相似材料，或者采用多种相似材料，模拟特殊的地质构造。材料铺设完成后，安装顶板，放置橡胶条，拧紧螺丝进行密封。通过水压控制装置，在水箱区注水，达到设计的静水高度或施加外部水压。根据设计时间，准确读取渗水采集区水位，采集渗水量，并根据材料区面积，计算材料的渗透速率。

本实用新型开发了一种用于可视化地下工程模型试验流-固耦合测试的渗水采集试验系统，解决了流-固耦合模型试验中渗水量难以精确采集和渗透速率难以测试的问题，真实模拟了水体与相似材料的耦合作用，同时实现了模型试验中试验系统的可视化。将可视化渗水采集试验系统应用于模型试验中，与现有研究相比，实现了流-固耦合试验渗透速率和渗水量的精确采集，增强了流-固耦合试验过程的可视化，使试验过程更加真实可信，试验结果与实际工程更加接近。